JP2015510985A - 往復動ポンプおよび関連する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2012年3月15日に出願された「Reciprocating Pumps and Related Methods」についての米国特許出願第13/420,978号の出願日に基づく利益を主張するものである。
F=P×A (1)
により表される。ここで、Fは、加圧駆動流体により加えられる力であり、Pは、駆動流体の圧力であり、Aは、ポンプ100の動作時にシールが形成される場合における封止表面165とポンプ本体102との間の接触エリアの外周部により囲まれる面積である。また、面積Aは、本明細書中においては「シール面積A」とも呼ぶ。したがって、所与の圧力Pにてシフトする場合に封止表面165とポンプ本体102との間のシールを克服するのに必要とされる力F(本明細書中においては「シフト力F」とも呼ばれる)は、シール面積Aと比例する。
A=π×(DS)2/4 (2)
にしたがって、シフトシール直径DSの関数として表され得る。これらの2つの方程式(1)および(2)を組み合わせることにより、力Fは、以下の方程式(3)、すなわち
F=P×π×(DS)2/4 (3)
において、圧力Pおよびシフトシール直径DSの関数として表され得る。したがって、実質的に円形の封止表面165を備える実施形態においては、所与の圧力Pにおけるシフト力Fは、シフトシール直径DSの平方に比例する。
実施形態1:対象流体をポンプ送給するための往復動ポンプであって、少なくとも1つの空洞部を備えるポンプ本体と、ポンプ本体の少なくとも1つの空洞部内に少なくとも部分的に配置された少なくとも1つのプランジャであって、往復動作において伸展および圧縮されて、往復動ポンプの動作時に少なくとも1つの空洞部内の少なくとも1つの対象流体チャンバを通して対象流体をポンプ送給するように構成された、少なくとも1つのプランジャと、少なくとも1つの空洞部内に配設された少なくとも1つのシフトキャニスタアセンブリであって、往復動ポンプの動作時に封止表面とポンプ本体との間にシールを形成するためにポンプ本体に接触するように構成された封止表面を備える、少なくとも1つのシフトキャニスタアセンブリとを備え、往復動ポンプの動作時に封止された場合に、封止表面とポンプ本体との間の接触エリアの外周部により囲まれる面積が、動作時にシフトキャニスタアセンブリの意図される移動方向に対して少なくとも実質的に垂直な平面内におけるシフトキャニスタアセンブリの断面の外周部により囲まれる面積の約75%未満である、往復動ポンプ。
実施形態4:実施形態1〜3のいずれかの往復動ポンプであって、ポンプ本体の少なくとも1つの空洞部内に少なくとも1つの駆動流体チャンバをさらに備え、少なくとも1つのプランジャが、少なくとも1つの空洞部内の少なくとも1つの対象流体チャンバから少なくとも1つの駆動流体チャンバを隔離する、往復動ポンプ。
実施形態9:実施形態7および8のいずれかの往復動ポンプであって、シフトキャニスタキャップが、ねじ山、接着剤、圧入、および機械的干渉の中の少なくとも1つによりシフトキャニスタに対して装着される、往復動ポンプ。
実施形態23:シフトキャニスタと、シフトキャニスタ内に少なくとも部分的に配設されたシフトピストンと、シフトピストンの対向側のシフトキャニスタの長手方向端部上においてシフトキャニスタに対して装着されたシフトキャニスタキャップとを備える、往復動流体ポンプ。
実施形態28:実施形態23〜27のいずれかの往復動流体ポンプであって、シフトピストンが、往復動流体ポンプのチャンバとシフトキャニスタの内部との間に流体連通をもたらすように構成された貫通穴を備える、往復動流体ポンプ。
実施形態34:実施形態32および33のいずれかの方法であって、長手方向ボアを備えない実質的に中実の側壁部を有するようにシフトキャニスタを形成するステップと、封止表面を備えるシフトキャニスタキャップの側部からシフトキャニスタキャップの別の対向側の側部まで延在する少なくとも1つの貫通穴を備えるようにシフトキャニスタキャップを形成するステップとをさらに含む、方法。
いくつかの実施形態を、説明し添付の図面に示したが、かかる実施形態は、単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定するものではない。既述の実施形態に対する様々な他の追加および修正ならびにそれらからの削除が、当業者には自明であるが故に、本開示は、図示し説明した特定の構造および構成に限定されない。例えば、一実施形態に関連して説明される要素または特徴が、本開示の範囲から逸脱することなく他の実施形態に実装され得る。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的均等物のみによって限定される。
Claims (20)
- 対象流体をポンプ送給するための往復動ポンプであって、
少なくとも1つの空洞部を備えるポンプ本体と、
前記ポンプ本体の前記少なくとも1つの空洞部内に少なくとも部分的に配置された少なくとも1つのプランジャであって、往復動作において伸展および圧縮されることにより前記往復動ポンプの動作時に前記少なくとも1つの空洞部内の少なくとも1つの対象流体チャンバを通して対象流体をポンプ送給するように構成された、少なくとも1つのプランジャと、
前記少なくとも1つの空洞部内に配設された少なくとも1つのシフトキャニスタアセンブリであって、前記少なくとも1つのシフトキャニスタアセンブリは、封止表面を備え、前記封止表面は、前記ポンプ本体と接触することにより前記往復動ポンプの動作時に前記封止表面と前記ポンプ本体との間にシールを形成するように構成され、前記往復動ポンプの動作時に封止された場合に前記封止表面と前記ポンプ本体との間の接触エリアの外周部により囲まれる面積が、動作時の前記シフトキャニスタアセンブリの意図された移動方向に対して少なくとも実質的に垂直な平面内における前記シフトキャニスタアセンブリの断面の外周部により囲まれる面積の約75%未満である、少なくとも1つのシフトキャニスタアセンブリと
を備える、往復動ポンプ。 - 前記少なくとも1つのシフトキャニスタアセンブリは、外方断面において少なくとも実質的に円形であり、前記封止表面は、少なくとも実質的に円形である、請求項1に記載の往復動ポンプ。
- 前記封止表面は、約2.03cm(0.8インチ)未満の直径を有する実質的に円形の封止表面を備える、請求項1に記載の往復動ポンプ。
- 前記ポンプ本体および前記少なくとも1つのシフトキャニスタアセンブリの前記封止表面の一方に形成された環状凹部内に少なくとも部分的に位置決めされた環状シール部材をさらに備える、請求項1に記載の往復動ポンプ。
- 前記シフトキャニスタアセンブリは、前記封止表面を備える突出部を備え、前記突出部は、円錐状、裁頭円錐状、または半球状の形状を有する、請求項1に記載の往復動ポンプ。
- 前記シフトキャニスタアセンブリは、第1の外径を有する第1の長手方向部分と、前記第1の外径未満である第2の外径を有する第2の長手方向部分とを備える、請求項1に記載の往復動ポンプ。
- 前記往復動ポンプの動作時に封止された場合に前記封止表面と前記ポンプ本体との間の前記接触エリアの前記外周部により囲まれる前記面積が、動作時の前記シフトキャニスタアセンブリの前記意図された移動方向に対して少なくとも実質的に垂直な前記平面内における前記シフトキャニスタアセンブリの前記断面の前記外周部により囲まれる面積の約50%未満である、請求項1に記載の往復動ポンプ。
- 前記ポンプ本体の前記少なくとも1つの空洞部内に少なくとも1つの駆動流体チャンバをさらに備え、前記少なくとも1つのプランジャは、前記少なくとも1つの空洞部内の前記少なくとも1つの対象流体チャンバから前記少なくとも1つの駆動流体チャンバを隔離する、請求項1から7のいずれか一項に記載の往復動ポンプ。
- 前記ポンプ本体の外部と前記少なくとも1つの駆動流体チャンバとの間に少なくとも延在するシフト導管をさらに備え、前記シフト導管は、前記少なくとも1つの駆動流体チャンバ内から加圧駆動流体を受けた場合に、前記少なくとも1つのプランジャの移動方向をシフトするためのものである、請求項8に記載の往復動ポンプ。
- 前記シフトキャニスタアセンブリは、前記駆動流体チャンバ内に配設され、前記往復動ポンプの動作サイクルの一部の間にわたって前記駆動流体チャンバから前記シフト導管を隔離するためにシールを形成するように構成され、前記シールを克服するために必要とされるシフト力が、約414kPa(60psi)から約689kPa(100psi)に及ぶ動作駆動流体圧力範囲内において約222N(50lbs)未満である、請求項9に記載の往復動ポンプ。
- 前記ポンプ本体および前記シフトキャニスタアセンブリはそれぞれ、少なくとも1つのポリマー材料から少なくとも実質的に構成される、請求項10に記載の往復動ポンプ。
- 前記少なくとも1つのシフトキャニスタアセンブリは、シフトキャニスタに対して装着されたシフトキャニスタキャップを備え、前記シフトキャニスタキャップは、前記少なくとも1つのシフトキャニスタアセンブリの前記封止表面を備える、請求項1から7のいずれか一項に記載の往復動ポンプ。
- 前記シフトキャニスタ内に少なくとも部分的に配設されたシフトピストンをさらに備え、前記シフトキャニスタキャップは、前記シフトピストンの対向側の前記シフトキャニスタの長手方向端部において前記シフトキャニスタに対して装着される、請求項12に記載の往復動流体ポンプ。
- 前記シフトピストンは、拡張端部を有する細長本体を備え、前記拡張端部は、前記シフトキャニスタ内に配設され、前記シフトキャニスタはリップをさらに備え、前記リップは内方に延在し、前記往復動流体ポンプの動作の少なくとも一部分の間に前記シフトピストンの前記拡張端部に対接して係合するように構成される、請求項13に記載の往復動流体ポンプ。
- 前記リップは、前記シフトキャニスタの側壁部と一体的に形成される、請求項14に記載の往復動流体ポンプ。
- 前記往復動ポンプの動作時に前記少なくとも1つのシフトキャニスタアセンブリの前記封止表面と共にシールを形成するように構成された前記ポンプ本体の一部分が、交換可能シートを備える、請求項1から7のいずれか一項に記載の往復動ポンプ。
- 前記交換可能シートは、前記交換可能シートと前記ポンプ本体との間に液密シールを形成するために前記交換可能シートと前記ポンプ本体との間に追加的な表面エリアを形成するための環状突出部を備え、前記環状突出部は、前記往復動流体ポンプの内部に位置する前記交換可能シートの側に位置決めされる、請求項16に記載の往復動ポンプ。
- 往復動流体ポンプを形成するための方法であって、
シフトキャニスタ内にシフトピストンの拡張端部を配設し、前記シフトキャニスタに対して前記シフトピストンを結合するために前記シフトキャニスタの長手方向端部に前記拡張端部の対向側の前記シフトピストンの別の端部を貫通させるステップと、
プランジャに対して前記拡張端部の対向側の前記シフトピストンの前記別の端部を結合するステップと、
前記シフトピストンの前記別の端部が貫通する前記長手方向端部の対向側の前記シフトキャニスタの別の長手方向端部に対してシフトキャニスタキャップを装着するステップであって、前記シフトキャニスタキャップは、封止表面を備える、ステップと
を含む、方法。 - ポンプ本体の空洞部内に前記シフトピストン、前記シフトキャニスタ、前記シフトキャニスタキャップ、および前記プランジャを配設するステップをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 長手方向ボアを備えない実質的に中実の側壁部を有するように前記シフトキャニスタを形成するステップと、
前記封止表面を備える前記シフトキャニスタキャップの側部から前記シフトキャニスタキャップの別の対向側の側部まで延在する少なくとも1つの貫通穴を備えるように、前記シフトキャニスタキャップを形成するステップと
をさらに含む、請求項18または19に記載の方法。
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